超宽带通信技术的原理及应用
UWB超宽带技术研究及应用
１２ Ｕ ． ＷＢ的信号波形 Ｕ ＷＢ系统发送的是纳秒级脉冲 串， 冲宽度 远小于脉 冲之 脉
１５ Ｕ ． ＷＢ的特 点
由于Ｕ 独特 的频域和 时域特性 ， ＷＢ 使得 它具有 以下的特点 ａ ）系统结构的实现 比较简单： ＷＢ Ｕ 通过发送纳秒级脉； 来 中
传输数据信 号 其发射器直接用脉 ； 中小型 激励 天线 ．不需要功
图 １ 示。 所
家庭 网络 系统 由有线 系统和无线 系统综合构成 。其 中，有 线系统采用国际数字接 口标准Ｉ Ｅ １９ ｂ 在］ Ｅ １ ９ｂ Ｅ ４ ， Ｅ ４ 基础上 ． Ｅ ３ Ｅ ３ 家庭网络无线系统引入 了频谱高效率 的超宽带脉冲无线电技 术 ． 可提具有供灵活性和移动性 的宽带无线接入 ［］ ５。直扩序列超宽 带的 家庭 网络 把移动 高速 高性能无 线网无缝 隙 的扩 展至 有线
Ｕ ＷＢ总 线协 议 栈 结 构 如 下 图 ３ 示 。 所
Ｉ Ｅ ３ ４ 兼 容设备 Ｅ Ｅ１９
｛信道
Ｒ ＫＥ 收 Ａ 接
图 ２ Ｓ Ｕ 无线通信系统 Ｄ － ＷＢ ２ ２ 直接序列超宽带通信子网技 术 与无线 １ ９ 网桥综合 的家庭 网络结构支持 Ｉ Ｅ ４ ４ ３ Ｅ １９ 固定连 Ｅ ３ 接和Ｄ —Ｕ 无线连接。无线 Ｕ 总线系统的拓扑 结构 是呈现 Ｓ ＷＢ ＷＢ 星形 ，Ｈ Ｂ位置不是固定不变 ，管理所有挂在无线总线上 的子 Ｕ 站 ，负责维护帧结构 ，分配周期定时信息 。要监控在总线注册 的子站状态 ，在子站和子站 间广播通信质量信 息 ，显示 同步和 等时模式子站 的时 隙安排 ，控制 多址接入过程 保证输 出功率 在某一 电平之下。数据流的传输是 自组织网络中对等通信 的模 式 ，当一对子站之间直接链 路被 阻隔时 子站 和 Ｈ Ｂ也可 以承 Ｕ
超宽带通信的应用与发展趋势研究与分析
超宽带通信的应用与发展趋势研究与分析在当今科技飞速发展的时代，通信技术的不断创新为人们的生活和工作带来了巨大的改变。
超宽带通信作为一种新兴的通信技术，正逐渐展现出其独特的优势和广阔的应用前景。
超宽带通信，简单来说，是一种具有极宽频谱、低功率谱密度、高速数据传输能力的短距离无线通信技术。
与传统的通信技术相比，它在许多方面都有着显著的特点和优势。
超宽带通信的应用领域十分广泛。
在室内定位方面，它发挥着重要作用。
例如，在大型商场、仓库、医院等场所，通过超宽带技术可以实现对人员和物品的高精度定位，精度甚至可以达到厘米级别。
这为物流管理、人员追踪等提供了极大的便利。
想象一下，在一个繁忙的仓库中，工作人员能够迅速准确地找到所需的货物，大大提高了工作效率。
在智能家居领域，超宽带通信也有出色的表现。
它可以实现各种智能设备之间的快速、稳定连接和数据传输。
比如，智能门锁、智能家电等设备之间的通信，能够让我们更加便捷地控制和管理家居环境。
当您下班回家，还没进门，家里的空调已经调整到舒适的温度，灯光也为您自动打开，这一切都离不开超宽带通信的支持。
在工业自动化方面，超宽带通信同样不可或缺。
工厂中的机器人、自动化生产线等设备需要实时、准确地进行通信和协调。
超宽带技术能够提供低延迟、高可靠的数据传输，确保工业生产的高效运行。
而且，在一些危险的工业环境中，超宽带通信还可以实现远程监控和操作，保障工人的生命安全。
此外，超宽带通信在交通领域也有重要的应用。
比如，车辆之间的通信可以通过超宽带技术实现，从而提高交通安全和交通效率。
当车辆之间能够快速传递信息，及时预警潜在的危险，交通事故的发生率将大大降低。
随着技术的不断进步，超宽带通信的发展趋势也呈现出一些显著的特点。
首先，超宽带通信的传输速率将不断提高。
随着人们对数据传输速度的要求越来越高，超宽带技术也在不断改进和优化，以满足这一需求。
未来，我们有望看到超宽带通信能够实现更高的数据传输速率，为高清视频传输、虚拟现实等应用提供更好的支持。
UWB
3.4.1 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术
（1）常用UWB基带窄脉冲波形
单周期高斯脉冲对应的时域和频域的数学模型 可以表示为：
v(t) 6 A e t exp[ 6 ( t )2 ]
3
v( f ) j 2 ft 2 e exp( f 2t 2 )
32 6
式中，A为脉冲的峰值幅度， 是一个时间延迟长度，
等于脉冲持续时间。
3.4.2 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术 （1）常用UWB基带窄脉冲波形
单周期高斯脉冲的时域波形和频域特性
3.4.2 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术
（1）常用UWB基带窄脉冲波形
1
-40
Magnitude (dBm)
3.4.2 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术
（2）UWB脉冲调制方式
UWB技术常用的脉冲调制方式包括脉位调制 （PPM）、脉幅调制（PAM）和二相调制 （BPSK）。
3.4.2 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术
（2）UWB脉冲调制方式
脉位调制（PPM）：
通过改变发射脉冲的时间间隔或发射脉冲相对 于基准时间的位置来传递信息，它的优点就是 简单，但是需要比较精确的时间控制。
此后研究焦点主要集中在雷达系统，并一直被 美国军方严格控制，利用占用频带极宽的超短 基带脉冲进行通信，主要应用于军用的雷达， 以及低截获率/低侦测率的通信系统。
3.4.1 UWB技术背景和概述
UWB技术背景
1989年，美国国防部首次使用超宽带UWB的名 称，规定相对带宽大于0.2或在传输的任何时 刻带宽大于500MHz的信号为超宽带信号。
超宽带实现技术-PPT
4-BOK:
S (t) (1 ai,1 )(2ai,2 1)C1 (t) ai,1 (1 2ai,2 )C2 (t)
ai,1, ai,2 0,1
C1(t)、C2 (t) 分别为正交脉冲串
不同组得正交脉 冲串可以对应不 同得用户(多址)
Input data: ai,2ai,1
00 01 10 11
4-DPIM 1
2
0
相对于 PPM,DPIM得传输速率更高。
脉冲波形调制(PSM, Pulse Shape
Modulation) 便于相干解调
脉冲形状也可以用于脉冲调制,一般使用正交得不同脉冲来实现调制。
S(t) ais0 (t) (1 ai )s1(t) p(t kTf ) k s0 (t)，s1(t) 代表相互正交的不同 脉冲
序列d得一般表达式如下:
d j c jTc a j
极窄脉冲发生器(不考虑脉冲形状)
脉冲发生器在超宽带无线通信系统中占据着极其重要得 地位,就是UWB系统中独特得关键部件之一
可以产生纳秒、皮秒级窄脉冲得高速器件有隧道二极管、 阶跃恢复二极管、雪崩晶体管等器件。
✓ 隧道二极管与阶跃恢复二极管所产生得脉冲,上升时间可以达到 几十到几百皮秒,但其幅度较小,一般为几百毫伏得量级。
没有离散谱线
由
Pe Q(
(a2 a1)2 Eb )
2(
2 a
a2 )
N0
Pe Q(
2Eb ) N0
比OOK有3dB得优势
脉冲位置调制(PPM)
典型得2-PPM:当调制数据为“0”得时候,脉冲位置不变, 脉冲间隔仍然就是脉冲周期;当调制数据为“1”得时候,出 现一个偏移。
s t p(t kTf bk p ) k
uwb测距方案
uwb测距方案UWB（Ultra-Wideband）是一种超宽带无线通信技术，具有高精度、高可靠性和大容量的传输特点，被广泛应用于测距领域。
本文将介绍UWB测距方案的原理、应用场景和发展趋势。
一、UWB测距原理UWB测距方案通过发送具有极短脉冲宽度和宽带频谱的信号，利用相对时间差（Time of Flight）或相对信号强度（Received Signal Strength Index，RSSI）来测量距离。
其原理如下：1. 相对时间差测距法：通过计算从发送器发出的脉冲到接收器接收到的脉冲的传播时间差来计算距离。
这种方法适合于室内环境，可以实现高精度测距。
2. 相对信号强度测距法：通过测量接收到的信号强度来推断距离。
这种方法相对简单，适用于室外环境或距离较远的测距场景。
二、UWB测距应用场景UWB测距方案具有广泛的应用场景，其中包括但不限于以下几个方面：1. 室内定位：UWB测距技术可以在室内环境中实现高精度的人员或物体定位，广泛应用于智能家居、商场导航、安防监控等领域。
2. 车联网：UWB测距可以应用于车辆之间的距离测量和通信，实现车辆自动驾驶、车队协同和交通管理等功能，提高交通安全和效率。
3. 工业自动化：UWB测距方案可以用于工业自动化中的定位和跟踪，如无人机航线规划、机器人导航等，提高生产效率和安全性。
4. 物流追踪：UWB测距技术可以实现货物在仓储和物流环节的准确定位和追踪，提高物流管理的效率和精确度。
三、UWB测距发展趋势随着无线通信技术的不断发展，UWB测距方案也在不断演进和创新，具有以下几个发展趋势：1. 高精度和远距离：UWB测距方案将追求更高的测距精度和更远的传输距离，以应对各种复杂环境和应用需求。
2. 低功耗和小型化：未来的UWB测距设备将越来越小型化，功耗更低，以满足移动设备和物联网终端的需求。
3. 多模式融合：与其他无线通信技术（如蓝牙、Wi-Fi）相结合，实现UWB与其他技术的协同工作，在不同应用场景下充分发挥各自的优势。
新版超宽带(UWB)无线通信技术课件.ppt
参考文献
[1] J.D. Taylor. Introduction to Ultra Wideband Radar Systems[M]. Boca Raton: CRC, 1995. [2] FCC. FCC Notice of Proposed Rule Making, Revision of Part 15 of the Commission’s Rules
多径衰落的统计特性
图4 UWB信号的信道冲激响应曲线
精品课件
UWB无线室内信道特性
路径损失和阴影衰落特性
路径损失表示为：
PL(d )(dB)
C0
10 nΒιβλιοθήκη log10(4d
)
X
C0是参考距离的路径损失， 是信号中心频率对应的波
长，d是收发天线间的距离，X表示阴影衰落。
图3 一种频谱利用率高的UWB窄脉冲的时域波形和频域波形
精品课件
UWB通信的信号形式
调制载波形式
调制载波形式通过调制载波, 将UWB信号搬移到合 适的频段进行传输, 从而可更加灵活、有效地利用 频谱源。
调制载波系统的信号处理方法与一般通信系统采用 的方法类似, 技术成熟度高, 在目前的工艺条件下, 比基带窄脉冲形式更容易实现高速系统。
述了每簇中电波(rays)的到达。
簇到达的时间分布：
p(Tl | Tl1) exp[(Tl Tl1)], l 0
簇中路径到达的时间分布：
p( k,l | (k1),l ) exp[( k,l (k1),l )], k 0
信道冲激响应模型：
/papers/MultiBand_OFDM_Physical_Layer_Proposal_for_IEEE_80 2.15.3a_Sept_04.pdf[DB/OL]. 2004-9-14. [5] R.Roberts. XtremeSpectrum CFP document. /groups/802/15/pub/2003/ Mar03/03154r0P802-15_TG3aXtremeSpectrum-CFP-Document.pdf[DB/OL]. 2003-3. [6] J.R.Foerster, A.Molisch. A Channel Model for Ultrawideband Indoor Communication[DB/OL]. /reports/docs/TR2003-73.pdf[DB/OL]. 2004-7-2 [7] J.Kunisch, J.Pamp. Measurement Results and Modeling Aspects for the UWB Radio Channel[A]. UWBST(C). Baltimore:IEEE, 2002. 19–24. [8] R.J.M.Cramer, R.A.Scholtz, M.Z.Win. Evaluation of an Ultrawide-band Propagation Channel[J]. IEEE Trans on Antennas Propagation, 2002, 50(5):561-570. [9] D.Cassioli, M.Z.Win, A.R.Molisch. A Statistical Model for the UWB Indoor Channel[A]. Vehicular Technology Conference[C]. Israel:IEEE, 2001. 1159–1163. [10] L.Rusch, C.Prettie, D.Cheung, Q.Li, M.Ho. Characterization of UWB Propagation from 2 to 8 GHz in a Residential Environment[DB/OL]. /technology/ultrawideband/pres_tech.htm. 2004-2-20. [11] Sumit Roy, Jeff R.Foerster, V.Srinivasa Somayazulu, Dave G.Leeper. Ultrawideband Radio Desigan:the Promise of High-speed, Short-range Wireless Connectivity[J]. Proceedings of the IEEE, 2004,92(2),:295-311.
uwb技术原理
UWB技术原理详解1. 引言超宽带（Ultra-Wideband，简称UWB）技术是一种用于无线通信的调制和传输技术。
与传统的窄带通信技术相比，UWB技术具有更大的频谱带宽、更低的功率密度和更高的数据传输速率。
本文将详细解释UWB技术的基本原理。
2. UWB技术概述UWB技术是一种基于短脉冲的无线通信技术，其核心思想是通过在时间域上使用非常短且宽带的脉冲来传输信息。
这些脉冲通常持续时间仅为纳秒级别，但频谱却非常宽广，覆盖几个GHz甚至更多。
由于这种特殊的脉冲形式，UWB技术能够实现高速数据传输、高精度定位以及低功耗通信等应用。
3. UWB脉冲生成在UWB系统中，脉冲生成是实现高速数据传输和定位功能的关键步骤之一。
一般来说，UWB系统中使用两种方法来生成宽带脉冲：直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，简称DSSS）和脉冲形状调制（Pulse Shape Modulation，简称PSM）。
3.1 直接序列扩频（DSSS）DSSS是一种将窄带信号扩展到宽带信号的技术。
在UWB系统中，DSSS通过将窄脉冲与一个高速伪随机码序列进行乘积运算来生成宽带脉冲。
这个伪随机码序列通常是一个具有良好相关性特性的码片序列，其周期远远小于脉冲持续时间。
具体而言，DSSS的过程如下： - 步骤1：将要传输的信息数据进行调制，得到基带信号。
- 步骤2：将基带信号与伪随机码序列进行乘积运算。
- 步骤3：将乘积结果进行滤波处理，得到宽带脉冲。
3.2 脉冲形状调制（PSM）PSM是一种通过调制脉冲形状来实现宽带通信的方法。
在UWB系统中，PSM通过改变脉冲的幅度、宽度和相位等参数来实现信息传输。
常见的PSM技术包括正弦调制、高斯调制和Hermite-Gauss调制等。
具体而言，PSM的过程如下： - 步骤1：将要传输的信息数据进行调制，得到基带信号。
- 步骤2：根据基带信号的特性，设计合适的脉冲形状函数。
超宽带技术(UWB)概述
UWB的特点
2、信道容量大，传输速率高
➢ 香农信道容量公式
C
W
log2 (1
S N
)
(b / s)
➢ 超宽带信号占有数百兆赫兹（MHz）甚至几吉赫兹
（GHz）带宽，理论上可以提供极高的信道容量，达
到Gbps以上的传输速率，或者在很低的信噪比下，
以一定的传输速率实现可靠传输。假定一个超宽带信
号使用7GHz带宽，当信噪比S/N低至-10dB时，超宽 带可以提供的信道容量为C=7G×log2（1+0.1）≈ 0.963Gbps，接近1Gbps。
• 时隔这么多年后，在最近七八年中其它先 进的无线技术如蓝牙技术、WiFi、WiMAX 都先后面世，UWB为什么会重出江湖并引 起如此密切的关注呢？
UWB：由来
• UWB技术特点与时代需求的结合
– 随着网络技术的发展，网络信息传输从以文字 为主过渡到以多媒体信息为主，因此对带宽的 要求就比较高；
– 从技术层面来说，可靠地传输视频图像所需的 数据传输速度超过了蓝牙与WiFi的能力；
➢ 例如基于UWB技术的无线USB 2.0，可取代有线USB, 实现PC之间及消费类电子设备（电视、数码相机、 DVD播放器、MP3等）之间的无线数据互连与通信。
➢ 无线个域网(WPAN) 、高速智能无线局域网、智能交 通系统，公路信息服务系统，汽车检测系统，舰船、 飞机内部通信系统，楼内通信系统、室内宽带蜂窝电 话，战术组网电台，非视距超宽带电台，战术/战略 通信电台，保密无线宽带因特网接入等等
非正弦波形传输
传统无线发射信号
UWB发射信号
Signal1
Signal2
时域共享
Signal1
Signal2
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超宽带通信技术的原理及应用超宽带通信技术是近年来备受关注的一个新兴领域，其在宽带信号传输、雷达成像、人体检测等领域具有广泛应用。
本文将就超宽带通信技术的原理和应用做一简要介绍。
超宽带通信技术的原理
超宽带(UWB)是一种新型通信技术，其发送信号的带宽占总带宽的很大一部分。
它采用较短的脉冲持续时间和高峰值功率的脉冲信号进行通信。
UWB系统在发送端以非常高的速率发送序列信号，接收端对这些信号进行解码，就能得到准确的通信信息。
超宽带信号主要基于时间域的传输，并且有较强的穿透性和抗干扰性。
它的频谱分布非常宽，采用了大量的频率资源，这样可以减少信号在传输过程中的主要障碍。
此外，UWB技术可以在很短的时间内传输大量信息，而且不容易受到干扰，提高了通信的效率和质量。
超宽带通信技术的应用
随着社会的不断发展，各行各业都对超宽带通信技术有了更多的应用。
下面将对其主要应用进行介绍。
1.宽带信号传输：广播电视和互联网是超宽带技术的主要应用之一，尤其是在实时视频传输、视频会议和流媒体通信方面，可以完全满足传输带宽的需求。
2.无线雷达：超宽带雷达具有高分辨率和低功率消耗的特点，而且不需要大型的天线系统，所以在军事和民用雷达系统中有着广泛的应用。
3.人体检测：超宽带技术在医疗设备和消防安全方面应用也非常广泛。
在行人定位、人体成像、无线监护设备和自适应消防系统的检测方面，超宽带技术可以实现非常准确和高效的检测。
4.车联网：超宽带技术在车联网中发挥着越来越重要的作用。
它可以轻松地传输大量的车辆信息，可以对车速、加速度和车辆位置等信息进行实时监测和传输。
总结
随着技术的不断发展，超宽带技术在各个领域都有广泛的应用。
它不仅可以在高速和大容量的信息传输方面发挥作用，还可以在
其他领域实现高效快速的数据传输和检测。
超宽带技术的发展将
会更加成熟，它给我们的生活带来无限便利和惬意。